趙航　倪杰

摘要 利用山東省1995年-2013年19年間的DMSP/OLS夜間燈光數據，運用統(tǒng)計數據對比法進行山東省建成區(qū)面積提取，并對建成區(qū)提取閾值與提取出的建成區(qū)面積進行分析，發(fā)現提取閾值隨時間的增長而波動，建成區(qū)面積持續(xù)增長。然后對多年建成區(qū)面積進行分析，結果表明：通過緊湊度分析，山東省城市緊湊度隨時間增長，城市輪廓呈現三階段不同形態(tài)與趨勢；通過3種不同時間間隔對山東省城市擴張速度進行研究，城市擴張速度呈現趨勢為波動中增長；通過引入城鎮(zhèn)化指數，分析了山東省城鎮(zhèn)化發(fā)展情況，發(fā)現山東省城鎮(zhèn)化水平一直處在高速發(fā)展階段。

關鍵詞 夜間燈光數據；建成區(qū)提取；城市擴張

中圖分類號 P2 文獻標識碼 A 文章編號 2095—636 3（2016）12—0005—01

中國實行改革開放后，社會各方面不斷持續(xù)發(fā)展，隨著社會的發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高。遙感影像正以其獨到的優(yōu)勢正廣泛應用于城市的研究。

DMSP/OLS夜間燈光影像作為一種較為特殊的能夠有效監(jiān)測夜間燈光的遙感影像，逐漸被學者深入研究，夜間燈光數據逐漸被應用于各行各業(yè)。如今夜間燈光數據主要被應用于城市化水平研究、人口研究、災害研究以及社會發(fā)展研究等方面。宋金超等人使用高分辨率遙感影像作為對照，通過對照遙感影像上的實際建成區(qū)來確定燈光數據提取閡值。鄒進貴提出了便捷、高效地提取城鎮(zhèn)建成區(qū)的聚類閡值法。卓莉等人綜合利用夜間燈光與EVI指數信息，通過對VANUI指數構建方法進行改進，建立了一個新的緩解夜間燈光強度飽和的EANTLI指數。范俊甫等人使用夜間燈光影像，選取9個景觀生態(tài)學指標分析了1992年—2010年環(huán)渤海區(qū)域城市發(fā)展的空間格局變化特征。何春陽等人利用夜間燈光數據從區(qū)域尺度，提出了3種不同的城市分布形態(tài)，并分別進行了分析，最后，綜合對環(huán)渤海城市群城市演化進行了研究。

1研究區(qū)概況

本次的研究區(qū)域為山東省，山東省面積在全國排名僅為20位，但是，山東的經濟水平、人口總數在全國名列前茅，研究意義巨大。山東省共17地市，境內文化中心、省會為濟南市，經濟中心為青島。

山東省的地勢中間高，多山地地形；西部地勢平坦，多為緩坡平原，東部地區(qū)多為丘陵，各地形交錯分布。總體上平原分布最廣，所占面積大于50%，其次為山地、丘陵。

2數據來源

夜間燈光影像是美國DMSP衛(wèi)星上的OLS傳感器所獲取的，下載來源于http：∥ngdc.noaa.gov/eog/，主要產品為穩(wěn)定燈光數據、輻射定標平均燈光強度數據與非輻射定標平均燈光強度數據。本次研究使用的是穩(wěn)定燈光數據，此數據為全年合成數據，去除了火災等隨機性亮度值的影響。

夜間燈光影像數據時間分辨率為1年，空間分辨率約為1km，提供1992年—2013年共22年間數據，自帶坐標為WGS1984坐標系，此外，隨著衛(wèi)星傳感器的更替，出現了一年有兩傳感器測得的不同數據的情況。

本次研究利用夜間燈光數據，共選取山東省1995年—2013年19年間的影像，針對建成區(qū)進行提取與分析。

3研究方法

對于城市建成區(qū)的提取方法，總結起來主要是以下4種：一是通過經驗分析人為設定提取閡值；二是求取提取的建成區(qū)面積與周長突變點所對應DN值為閡值；三是將統(tǒng)計數據作為對照，提取建成區(qū)；四是使用較高分辨率影像數據作為參考，提取建成區(qū)。由于經驗閾值的方法只適應各自對應地區(qū)，并且準確性值得商榷；使用較高分辨率影像數據作為參考提取閾值，但研究區(qū)山東使用較高分辨率影像數據覆蓋時，數據量過大，并且不易操作，放棄使用此上2種方法。本次研究選擇統(tǒng)計數據比較法，通過經驗閡值大體確定閾值范圍，然后進行不同閡值時建成區(qū)面積比較來求得準確閡值。

通過上述技術路線，運用統(tǒng)計數據比較法進行城市建成區(qū)面積提取，分別獲取各年份建成區(qū)提取閾值。由于有的年份同時就有2個不同傳感器獲得的影像，所以對同一年份不同傳感器影像都進行閡值提取，求出與統(tǒng)計數據最接近的影像作為當年影像進行研究。

4結論分析

通過閾值法提取的城市建成區(qū)面積，從中我們可以知道，山東省建成區(qū)總面積呈持續(xù)增長趨勢，并且增長趨勢總體呈現逐漸加強。

分析建成區(qū)提取面與年鑒統(tǒng)計數據，發(fā)現兩者都呈持續(xù)增長的趨勢，并對提取精度進行驗證，得到總體相對誤差為4.29%，誤差較小，符合提取要求。

分析多年城市建成區(qū)提取閾值，我們可以得出，建成區(qū)提取閾值隨著時間的增長，閡值呈現波動中增長，分析原因，隨著時間的增長，社會的快速發(fā)展，建成區(qū)燈光強度增長，高燈光強度像元增多，越來越多的像元值趨于飽和值，燈光飽和效應增強。

城市的緊湊度作為表述城市空間分布形態(tài)的一個重要概念，在城市形態(tài)研究、城市發(fā)展動態(tài)變化研究、城市未來規(guī)劃中占據重要地位，本次研究引入城市緊湊指數，對山東省建成區(qū)緊湊度進行分析。緊湊度定量計算公式為：

其中A為面積，P為周長，BCI為緊湊度。

通過對山東省建成區(qū)緊湊度進行分析，發(fā)現山東城市緊湊度在1995—2001年較為平穩(wěn)，2002年開始下降，直到2010平穩(wěn)小幅度下降，2011—2013年呈現波動中增長趨勢。分析得到，第一階段，山東城市的較為發(fā)展平穩(wěn)，幾乎擴張幅度較小，城市輪廓形態(tài)變化不大；第二階段，山東城市進入快速擴張階段，小型城鎮(zhèn)發(fā)展迅速，導致周長變化較大，緊湊度降低，城市輪廓變化較大，形態(tài)分布式明顯；第三階段，城市發(fā)展到較為完善階段，主城區(qū)擴張向邊緣城鎮(zhèn)逼近，導致緊湊度在波動中增加，城市輪廓逐漸變緊湊。

選用建成區(qū)擴張速度來衡量城市擴張的快慢，擴張速度計算公式為：

本次研究使用3種時間間隔進行山東省城市擴張速率研究，分別為4、3、2年時間間隔，分別記為法1、法2、法3，下圖表為3種方法計算的山東省城市擴張速率。通過圖1我們可以看出，山東省內自1995—2013年，城市擴張速率整體呈現出不斷地波動，但是整體在波動中上升，3種方法所表現的趨勢基本一致。分析原因，隨著我國的城市化進程的加快，山東省建成區(qū)面積逐漸增加，增長速率整體上穩(wěn)步上升，擴張是較長時間行為，所以會出現增長速率的上下波動。

借鑒人口城鎮(zhèn)化水平的計算公式，將表征土地城鎮(zhèn)化的城鎮(zhèn)化指數定義為城鎮(zhèn)建成區(qū)面積與區(qū)域總面積的比值，計算公式為：

其中，U代表城鎮(zhèn)化指數，S代表建成區(qū)面積，L代表區(qū)域總面積。

我們可以看出，我省城鎮(zhèn)化進程分為2個階段，第一階段為1995—2000年，城鎮(zhèn)化進程緩慢，第二階段為2001—2013年，城鎮(zhèn)化進程飛速發(fā)展，逐漸加快。endprint